Наблюдение оптического эффекта «углового трактора» в пучке Бесселя
Котляр В.В.
, Ковалёв А.А., Порфирьев А.П.

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, 443086, Россия, Самарская область, г. Самара, Московское шоссе, д. 34,

ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, 443001, Россия, Самарская область, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151

Аннотация:
В работе изучается оптический эффект «углового трактора», заключающийся в том, что в вихревом лазерном пучке с радиальной симметрией с положительным/отрицательным топологическим зарядом и левой/правой круговой поляризацией на разных радиусах от центра пучка в поперечном сечении поток световой энергии вращается в разных направлениях (по часовой или против часовой стрелки). Показано, что этот эффект имеет место как для параксиальных вихревых пучков, так и в фокусе апланатической системы при фокусировке непараксиального оптического вихря. Экспериментально продемонстрировано движение диэлектрических микрочастиц в пучке Бесселя 3-го порядка с круговой поляризацией в разные стороны (по часовой и против часовой стрелки).

Ключевые слова:
«угловой трактор», поток энергии, пучок Бесселя.

Цитирование:
Котляр, В.В. Наблюдение оптического эффекта «углового трактора» в пучке Бесселя / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 4. – С. 550-556. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-4-550-556.

Литература:

  1. Sukhov, S. On the concept of “tractor beams” / S. Sukhov, A. Dogariu // Optics Letters. – 2010. – Vol. 35, Issue 22. – P. 3847-3849. – DOI: 10.1364/OL.35.003847.
  2. Novitsky, A. Single gradientless light beam drags particles as tractor beams / A. Novitsky, C. Qiu, H. Wang // Physical Review Letters. – 2011. – Vol. 107, Issue 20. – 203601. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.203601.
  3. Sukhov, S. Negative nonconservative forces: optical “tractor beams” for arbitrary objects / S. Sukhov, A. Dogariu // Physical Review Letters. – 2011. – Vol. 107, Issue 20. – 203602. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.203602.
  4. Sáenz, J.J. Laser tractor beams / J.J. Sáenz // Nature Photonics. – 2011. – Vol. 5. – 514-515. – DOI: 10.1038/nphoton.2011.201.
  5. Dogariu, A. Optically induced “negative forces” / A. Dogariu, S. Sukhov, J.J. Saenz // Nature Photonics. – 2013. – Vol. 7. – P. 24-27. – DOI: 10.1038/nphoton.2012.315.
  6. Kajorndejnukul, V. Linear momentum increase and negative optical forces at dielectric interface / V. Kajorndejnukul, W. Ding, S. Sukhov, C.-W. Qiu, A. Dogariu // Nature Photonics. – 2013. – Vol. 7. – P. 787-790. – DOI: 10.1038/nphoton.2013.192.
  7. Shvedov, V. A long-range polarization-controlled optical tractor beam / V. Shvedov, A.R. Davoyan, C. Hnatovsky, N. Engheta, W. Krolikowski // Nature Photonics. – 2014. – Vol. 8. – P. 846-850. – DOI: 10.1038/nphoton.2014.242.
  8. Carretero, L. Periodic trajectories obtained with an active tractor beam using azimuthal polarization: design of particle exchanger / L. Carretero, P. Acebal, C. Garcia, S. Blaya // IEEE Photonics Journal. – 2015. – Vol. 7, Issue 1. – 3400112. – DOI: 10.1109/JPHOT.2015.2402123.
  9. Mitri, F.G. Optical Bessel tractor beam on active dielectric Rayleigh prolate and oblate spheroids / F.G. Mitri // Journal of the Optical Society of America B. – 2017. – Vol. 34, Issue 5. – P. 899-908. – DOI: 10.1364/JOSAB.34.000899.
  10. Richards, B. Electromagnetic diffraction in optical systems, II. Structure of the image field in an aplanatic system / B. Richards, E. Wolf // Proceedings of the Royal Society A. – 1959. – Vol. 253, Issue 1274. – P. 358-379. – DOI: 10.1098/rspa.1959.0200.
  11. Ignatovsky, V.S. Diffraction by a lens having arbitrary opening / V.S. Ignatovsky // Transactions of the Optical Institute of Petrograd. – 1919. – Vol. 1. – IV.
  12. Monteiro, P.B. Angular momentum of focused beams: beyond the paraxial approximation / P.B. Monteiro, P.A.M. Neto, H.M. Nessenzveig // Physical Review A. – 2009. – Vol. 79, Issue 3. – 033830. – DOI: 10.1103/PhysRevA.79.033830.
  13. Котляр, В.В. Формирование и фокусировка векторного оптического вихря с помощью металинзы / В.В. Котляр, А.Г. Налимов // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 5. – С. 645-653. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-645-654.
  14. Mitri, F.G. Reverse propagation and negative angular momentum density flux of an optical nondiffracting nonparaxial fractional Bessel vortex beam of progressive waves / F.G. Mitri // Journal of the Optical Society of America A. – 2016. – Vol. 33, Issue 9. – P. 1661-1667. – DOI: 10.1364/JOSAA.33.001661.
  15. Salem, M.A. Energy flow characteristics of vector X-waves / M.A. Salem, H. Bagci // Optics Express. – 2011. – Vol. 19, Issue 9. – P. 8526-8532. – DOI: 10.1364/OE.19.008526.
  16. Vaveliuk, P. Negative propagation effect in nonparaxial Airy beams / P. Vaveliuk, O. Martinez-Matos // Optics Express. – 2012. – Vol. 20, Issue 24. – P. 26913-26921. – DOI: 10.1364/OE.20.026913.
  17. Berry, M.V. Quantum backflow, negative kinetic energy, and optical retro-propagation / M.V. Berry // Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical. – 2010. – Vol. 43, Issue 41. – 415302. – DOI: 10.1088/1751-8113/43/41/415302.
  18. Kotlyar, V.V. Circularly polarized Hankel vortices / V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 7. – P. 7778-7790. – DOI: 10.1364/OE.25.007778.
  19. Котляр, В.В. Плотность углового момента параксиального оптического вихря с круговой поляризацией / В.В. Котляр, А.А. Ковалёв // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 1. – С. 5-12. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-1-5-12.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20